(57)【要約】【課題】断面が同じ形状の複数の噴孔を用いた場合でも、各燃料噴射毎の流量を個別に高精度に設定でき、且つ燃料噴射弁全体の燃料噴射量ばらつきの小さい燃料噴射弁を提供する。【解決手段】複数の燃料噴射孔２１，２２と、燃料噴射孔２１，２２の上流側に設けられた弁座１７ａと、弁座１７ａと離接する弁体１２と、弁体１２をその駆動方向とは逆向きに付勢する付勢手段１０と、弁体１２をその駆動方向に案内するガイドと、弁体１２の駆動時にその駆動方向の変位量を規制するコア６とを備えた燃料噴射弁において、コア６の衝突面２６が燃料噴射弁中心軸１９に垂直な面に対して成す角度をαとし、弁体１２の衝突面２８が弁体中心軸１８に垂直な面に対して成す角度をβとするとき、角度αと角度βのうち少なくともいずれか一方の絶対値を０度より大きな値に設定する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の上流側に設けられた弁座と、前記弁座と当接することによって燃料通路を閉じ前記弁座から離れることによって燃料通路を開く弁体と、前記弁体をその駆動方向とは逆向きに付勢する付勢手段と、前記弁体の駆動時に燃料噴射弁の中心軸に対して垂直方向への変位を規制するガイドと、前記弁体の駆動時にその駆動方向の変位量を規制するコアとを備えた燃料噴射弁において、
前記コアの前記弁体との衝突面が燃料噴射弁の中心軸に垂直な面に対して成す角度をαとし、前記弁体の前記コアとの衝突面が前記弁体の中心軸に垂直な面に対して成す角度をβとするとき、角度αと角度βのうち少なくともいずれか一方の絶対値を０度より大きな値に設定したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
角度αの絶対値と角度βの絶対値の両方を０度より大きな値に設定したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料噴射弁において、
角度αと角度βの相対角度差の絶対値｜α−β｜を０度より大きな値に設定したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁において、
開弁時に前記弁体の衝突面と前記コアの衝突面とが当接した状態で、前記弁体と前記弁座との間のシート部に生じる隙間の大きさが周方向に変化していることを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用内燃機関向けの燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関においては、エンジンの制御ユニットからの電気信号により駆動する電磁式の燃料噴射弁が広く用いられている。
【０００３】
この種の燃料噴射弁は、吸気配管に取り付けられ燃焼室内部に間接的に燃料を噴射するポート噴射と呼ばれるものと、燃焼室内部に直接的に燃料を噴射する直接噴射タイプと呼ばれるものとが存在する。
【０００４】
後者の直接噴射タイプにおいては、噴射した燃料が形成する噴霧形状が燃焼性能を決定することになる。そこで、所望の燃焼性能を得るためには、噴霧形状の最適化が必要となる。ここで、噴霧形状の最適化とは、規定流量噴射時の噴霧方向及び噴霧長さと言い換えることができる。
【０００５】
特開２００８−１０１４９９号公報には、燃料噴射弁として、移動可能に設けられた弁体と、弁体を駆動するための駆動手段と、弁体が離接する弁座と、弁座の下流に設けられた複数のオリフィスとを備え、複数のオリフィスがノズルの中心軸線に対してそれぞれ異なる角度方向に形成された燃料噴射弁が開示されている。
【０００６】
特開２０１１−１８６４号公報には、複数の噴孔と噴孔の上流側に設けられたシート部とシート部と接触することにより閉弁状態となり、シート部から離れることによって開弁状態となる弁体と、噴孔の入口側開口とシート部とが形成され上流側から下流側に向けて先細りとなる円錐面とを備えた燃料噴射弁において、複数の噴孔は、噴孔の中心軸と直交する横断面形状が真円とは実質的に異なる形でかつ同じ形状に形成され、複数の噴孔の横断面を噴孔の中心軸周りに回転させ、円錐面と噴孔の中心軸周りに回転させた回転角度との関係が少なくとも２つの噴孔において異なるように回転角度を設定することにより、断面が同じ形状の複数の噴孔を用いて、各噴孔の流量を個別に設定した燃料噴射弁が開示されている。この燃料噴射弁では、自動車用内燃機関における燃料消費量や排気性能などを向上させることが可能となり、また製造コストを大幅に低減することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１０１４９９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
燃料噴射弁から噴出される噴霧は、ほぼ噴孔（燃料噴射孔とも言う）が加工される軸方向へ噴出されることが知られている。特許文献１に記載された燃料噴射弁のように、噴孔（オリフィス）が複数あるタイプの燃料噴射弁では、噴孔方向の加工精度をあげることが求められる。また、噴霧長さは各噴孔から噴出される流量と相関があるため、各噴孔の噴霧長さを制御するためには、各噴孔の流量制御をすることが求められる。また、混合気の状態を最適にすることを目的として、各噴霧の方向及び流量を個別に制御することが求められている。
【０００９】
特許文献１に記載の燃料噴射弁では、複数の噴孔の流量を個別に設定することについては配慮されていない。各噴孔の流量を個別に設定する方法として、複数の噴孔の穴径を変えることが考えられる。すなわち、流量を多く必要とする噴孔では穴径の寸法を大きく設定し、流量を少量しか必要としない噴孔では穴径の寸法を小さく設定することで、各噴孔の流量を個別に設定することが可能である。
【００１０】
しかし、複数の噴孔の穴径を変える場合には、噴孔を加工するツールとして、各噴孔の穴径に合わせたツールを準備する必要がある。すなわち、流量に応じた穴径を加工するためのツールを複数用意して、噴孔毎に異なるツールを使って加工を行う必要がある。ツールの準備に要する工数は、噴孔の種類と数だけ必要となり、加工する際の段取り時間や加工後の検査時間が噴孔の穴径を全て同じとした場合と比べて長くなる。その結果、燃料噴射弁の製造コストも高くなる。
【００１１】
また、複数の噴孔を加工する際に異なるツールを使用するためには、ツールを交換するか、噴孔を形成する素材を他の加工装置に移す必要がある。このため、ツールと素材との間に相対的な位置ずれが生じる可能性があり、噴孔の加工精度が低下する可能性がある。
【００１２】
特許文献２に記載された燃料噴射弁では、断面が同じ形状の複数の噴孔を用いて、各噴孔の流量を個別に設定する方法については開示されている。しかしながら、一般に同一断面形状の噴孔毎の流量は、開弁時の弁体シート部と弁座シート部近傍の流れ、噴孔軸が燃料噴射弁中心軸となす角度、噴孔内部の流れなどによって規定されるが、この燃料噴射弁では弁座に設けられた噴孔近傍にのみ着目して各噴孔の流量を個別に制御しようとしており、弁体の弁座との相対的な位置関係に関しては考慮されていない。より高精度に各噴孔の流量を個別に設定するためには、開弁時における弁座に対する弁体の相対的な位置関係も規定してやることが必要である。また、弁座に対する弁体の相対的な位置を規定してやることは流量のばらつき低減に対しても有効である。
【００１３】
本発明の目的は、燃料噴射弁駆動時の弁座に対する弁体の相対的な位置を規定してやることにより、断面が同じ形状の複数の燃料噴射孔を用いた場合にも、各燃料噴射孔毎の流量を個別に高精度に設定でき、且つ燃料噴射弁全体の燃料噴射量ばらつきの小さい燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目標を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、複数の燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の上流側に設けられた弁座と、前記弁座と当接することによって燃料通路を閉じ前記弁座から離れることによって燃料通路を開く弁体と、前記弁体をその駆動方向とは逆向きに付勢する付勢手段と、前記弁体の駆動時に燃料噴射弁の中心軸に対して垂直方向への変位を規制するガイドと、前記弁体の駆動時にその駆動方向の変位量を規制するコアとを備えた燃料噴射弁において、前記コアの前記弁体との衝突面が燃料噴射弁の中心軸に垂直な面に対して成す角度をαとし、前記弁体の前記コアとの衝突面が前記弁体の中心軸に垂直な面に対して成す角度をβとするとき、角度αと角度βのうち少なくともいずれか一方の絶対値を０度より大きな値に設定する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、断面が同じ形状の複数の燃料噴射孔を用いた場合にも、各燃料噴射孔毎の流量を個別に高精度に設定しつつ、且つ燃料噴射弁全体の燃料噴射量ばらつきの小さい燃料噴射弁を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電磁式燃料噴射弁の概略を示す断面図。
【図２】電磁式燃料噴射弁の弁体及び燃料噴射孔近傍を示す断面拡大図。
【図３】本発明に係る電磁式燃料噴射弁のコアと弁体の各々の衝突面をテーパ形状とした場合のコアと弁体の断面拡大図。
【図４】本発明に係る電磁式燃料噴射弁において、コアと弁体との各々の衝突面の当接関係と、弁体とそのガイド部材との当接関係を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る電磁式燃料噴射弁の断面図である。図１上側のＯリング３及びバックアップリング４の部分が燃料配管に挿入され、加圧された燃料が異物混入を防ぐ機能を有するフィルタ５を通して燃料噴射弁内部へと供給される。一方で、燃料を燃焼室内へと直接噴射する燃料噴射弁では、ノズル１４の先端はエンジンヘッドへと組みつけられる。このとき、チップシール１５によって燃焼ガスをシールする。また、弁体１２及びノズル１４の先端に取り付けられた弁座部材１７に形成された燃料噴射孔２１，２２を開閉することにより、燃料の噴射を制御しており、閉弁時は弁体１２が弁座部材１７に形成された弁座１７ａに押し付けられて閉弁するように、付勢部材であるスプリング１０が設けられている。弁座部材１７には上流側から下流側に向けて先細りとなる円錐面が形成されており、弁座１７ａはこの円錐面上に設けられている。閉弁時のスプリング１０のセット荷重はアジャスタピン７の押込み深さによって調整する。また、弁体１２は上部ガイド１３と下部ガイド１６によってガイドすることによって安定に駆動する。弁体１２の駆動力を発生する手段として、燃料噴射弁にはソレノイドコイル９が具備されている。コネクタ１を接続し、端子２に電圧を印加し、ソレノイドコイル９が通電されると、ソレノイドコイル９の収容部品であるコア６、ヨーク１１及びハウジング８、そして、弁体１２を磁路として磁束が発生し、コア６と弁体１２の間に吸引力が発生する。この吸引力がスプリング１０によるセット荷重と、加圧された燃料による燃圧の和に打ち勝つ大きさに到達した時点で、弁体１２が弁座１７ａから離れる方向（図１上側）に変位し、燃料が噴射される。コア６は弁体１２の駆動時にその変位量を規制するストッパの役割も担う。
【００１９】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、燃料噴射弁の弁座１７ａ及び弁体１２近傍を拡大した断面図である。図２（ａ）は、燃料噴射弁が非駆動状態である閉弁時を示しており、燃料噴射孔２１，２２の上流側に設けられた弁体１２と弁座１７ａとの接触部からなるシート部２３で燃料をシールしている。図２では、燃料噴射孔を２つ図示しているが、燃料噴射孔の数は２つに限らず、３つ以上であってもよい。図２（ｂ）〜図２（ｄ）は、燃料噴射弁が駆動状態である開弁時を示しており、弁体１２の変位によって生じた弁体１２と弁座１７ａとの隙間を通り、各燃料噴射孔２１，２２から燃料が噴射される。このときの各燃料噴射孔２１，２２の個別の流量は、各燃料噴射孔２１，２２の近傍の弁体１２と弁座１７ａとの隙間流れ、燃料噴射孔軸２０と燃料噴射弁中心軸１９とが成す角度、燃料噴射孔２１，２２の内部の流れの状態などによって決まる。図２（ｂ）は、弁体中心軸１８と燃料噴射弁中心軸１９が完全に同軸で開弁している状態を表しており、実際の燃料噴射弁では、図２（ｂ）のように弁体中心軸１８と燃料噴射弁中心軸１９が完全に同軸で、弁体１２が上部ガイド１３又は下部ガイド１６に全く支持されずに開弁状態を維持するということは困難であり、弁体１２を付勢するスプリング１０のサイドフォースや、各種寸法ばらつきなどにより、開弁時の弁体中心軸１８は必ず図２（ｃ）や図２（ｄ）のように燃料噴射弁中心軸１９に対して上部ガイド１３又は下部ガイド１６と弁体１２とのクリアランスに応じた量の軸ずれを生じている。ここで、図２（ｃ）と図２（ｄ）では、各燃料噴射孔２１，２２毎の流量の分配が異なり、例えば、図２（ｃ）では、左側の燃料噴射孔２１に流入する燃料流路２４に対して、右側の燃料噴射孔２２に流入する燃料流路２５の方が絞られており、左側流路２４の方が流量係数が大きくなるため流量が多くなる。逆に、図２（ｄ）では、右側の燃料噴射孔２２に流入する燃料流路２５に対して左側の燃料噴射孔２１に流入する燃料流路２４の方が絞られており、右側流路２５の方が流量係数が大きくなるため流量が多くなる。また、スプリング１０のサイドフォースなどにより弁体中心軸１８に軸ずれが生じた場合、燃料噴射弁中心軸１９に対して垂直方向の変位に関しては上部ガイド１３内径と下部ガイド１６内径の２点によって支持され、燃料噴射弁中心軸１９方向の変位に関してはコア６によって支持され、弁体１２は３点支持で軸ずれ状態となる。このとき、燃料噴射弁中心軸１９に対する弁体中心軸１８の軸ずれの量は、弁体１２外径と上部ガイド１３内径と下部ガイド１６内径とのクリアランス量に依存し、クリアランス量が大きくなるにつれて弁体１２の軸ずれ量も大きくなる。さらに、軸ずれの方向に関しては、指向性なく軸ずれすることとなる。従って、従来の構造では図２（ｃ）と図２（ｄ）のどちらの状態になるかは制御することができず、弁体１２の軸ずれ方向に応じて各燃料噴射孔の流量が変化するという問題点が存在していた。また、この各燃料噴射孔の流量のばらつきが、燃料噴射弁全体としての噴射量ばらつきの大きな要因の一つとなっていた。
【００２０】
本実施例では、上記問題を解決するため、コア６と弁体１２の各々の衝突面をテーパ形状にすることにより、開弁時の弁体１２の位置を、弁体１２とコア６のテーパ角度に応じて制御できるようにする。
【００２１】
図３は、本発明に係る燃料噴射弁のコア６と弁体１２の形状を示している。図３（ａ）はコア６の形状を示しており、コア６の弁体１２との衝突面２６を燃料噴射弁中心軸１９に垂直な面２７ａに対して傾斜角度αを有するようなテーパ形状としている。一方で、図３（ｂ）は弁体１２の形状を示しており、弁体１２のコア６との衝突面２８を弁体中心軸１８に垂直な面２７ｂに対して傾斜角度βを有するようなテーパ形状としている。
【００２２】
図４は、本発明に係る図３（ａ）に示したコア６、図３（ｂ）に示した弁体１２を用いた場合について、コア６と弁体１２との各々の衝突面２６，２８の当接関係と、弁体１２とそのガイド部材である上部ガイド１３及び下部ガイド１６との当接関係を示している。
【００２３】
図４（ａ）は、弁体１２の外径と上部ガイド１３及び下部ガイド１６の各内径とのクリアランスが大きい場合を表しており、開弁時に、弁体１２は磁気吸引力によってコア６へと持ち上げられ、コア６の衝突面２６と弁体１２の衝突面２８とで衝突し、開弁状態となる。このとき、弁体１２の外径と上部ガイド１３及び下部ガイド１６の内径とのクリアランスが大きいため、弁体１２は両ガイドとは接触せず、コア６の衝突面２６によってのみ保持される。従って、弁体１２は、コア６の弁体１２との衝突面２６と燃料噴射弁中心軸１９に垂直な面２７ａとの角度αと、弁体１２のコア６との衝突面２８と弁体中心軸１８に垂直な面２７ｂとの角度βとの相対角度差分α−βだけ傾いて保持されることとなり、α及びβを設定してやることにより、開弁時の弁体１２の偏心方向及び偏心量を制御することが可能である。
【００２４】
一方で、図４（ｂ）は、弁体１２の外径と上部ガイド１３及び下部ガイド１６の各内径とのクリアランスが小さい場合を表している。このとき、クリアランスが小さいため、弁体１２が各衝突面のテーパ角度差α−βだけ傾く前に、上部ガイド１３の弁体支持部３０、又は下部ガイド１６の弁体支持部３１によって支持されてしまい、α−βだけ傾くことはできない。このときの傾き量をγとすると、γはα−βより小さくなるが、αとβの相対角度差α−βから弁体１２の偏心する方向を、弁体１２の外径と上部ガイド１３及び下部ガイド１６の各内径とのクリアランス量によって、弁体１２の偏心量を制御することが可能である。
【００２５】
図４（ａ）及び図４（ｂ）では、α−βが正となるように弁体１２とコア６のテーパ面が設定されているため、弁体中心軸１８は燃料噴射弁中心軸１９に対して反時計回り方向へと傾けられている。このとき、左側の燃料噴射孔２１に流入する燃料流路２４に対して、右側の燃料噴射孔２２に流入する燃料流路２５の方が絞られており、左側流路２４の方が流量係数が大きくなるため流量が多くなる。
【００２６】
従って、右側の燃料噴射孔２２の流量を多くしたい場合には、逆にα−βが負となるように弁体１２とコア６の各テーパ面を設定してやるとよい。このとき、弁体中心軸１８は燃料噴射弁中心軸１９に対して時計回り方向へと傾けられることになるため、右側の燃料噴射孔２２に流入する燃料流路２５に対して、左側の燃料噴射孔２１に流入する燃料流路２４の方が絞られることになり、右側流路２５の方が流量係数が大きくなるため流量が多くなる。
【００２７】
すなわち、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、開弁時に弁体１２の衝突面２８とコア６の衝突面２６とが当接した状態で、弁体１２と弁座１７ａとの間のシート部２３に生じる隙間の大きさが周方向に変化している。
【００２８】
図４（ａ）及び図４（ｂ）のいずれの場合でも弁体１２又はコア６の衝突面をテーパ形状としてやることにより、開弁時の弁体１２の偏心方向を制御することが可能であり、さらに、弁体１２と上部ガイド１３及び下部ガイド１６とのクリアランスを設定してやることにより、偏心量を制御することが可能である。これにより、開弁時の弁体１２の位置の燃料噴射弁固体バラツキ、又は噴射毎バラツキによって生じる各燃料噴射孔毎の流量のバラツキを低減することが可能であり、さらには燃料噴射弁全体としての燃料噴射量バラツキも低減できることとなる。
【００２９】
図３、図４では、コア６の弁体１２との衝突面２６及び弁体１２のコア６との衝突面２８をテーパ形状とした実施例を示したが、弁体１２の位置を制御するためにはテーパ形状でなくてもよく、Ｒ形状など、指向性のある曲面形状とすることも有効であるものと考える。また、コア６の弁体１２との衝突面２６と、弁体１２のコア６との衝突面２８との両方をテーパ形状にせず、いずれか一方をテーパ形状にしてもよい。いずれか一方をテーパ形状にした場合は、両方をテーパ形状にした場合と比べて、制御範囲が狭くなる。
【００３０】
また、閉弁時にはシート部２３での面圧を均一に保つために、可能な限り弁体１２に対するスプリング１０による付勢力が燃料噴射弁中心軸１９と同軸方向に作用するように配慮することが望ましい。例えば、αを０度より大きい値、βを０度に設定してやることにより、閉弁時には弁体１２に対するスプリング１０による付勢力が燃料噴射弁中心軸１９と同軸方向に作用し、開弁時には、コア６のテーパ形状に応じて弁体１２の位置を制御することが可能である。
【００３１】
なお、本実施例は燃料噴射弁の駆動力として磁気吸引力を用いる電磁式燃料噴射弁に関するが、駆動力として圧電効果を用いる圧電式燃料噴射弁や、駆動力として磁歪現象を用いる磁歪式燃料噴射弁に関しても本実施例と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３２】
１  コネクタモールド
２  端子
３  Ｏリング
４  バックアップリング
５  フィルタ
６  コア
７  アジャスタピン
８  ハウジング
９  ソレノイドコイル
１０  スプリング
１１  ヨーク
１２  弁体
１３  上部ガイド
１４  ノズル
１５  チップシール
１６  下部ガイド
１７  弁座部材
１７ａ  弁座
１８  弁体中心軸
１９  燃料噴射弁中心軸
２０  燃料噴射孔軸
２１  左側の燃料噴射孔
２２  右側の燃料噴射孔
２３  シート部
２４  左側流路
２５  右側流路
２６  コアの衝突面
２７ａ  燃料噴射弁中心軸に対する垂直面
２７ｂ  弁体中心軸に対する垂直面
２８  弁体の衝突面
２９  コアの弁体支持部
３０  上部ガイドの弁体支持部
３１  下部ガイドの弁体支持部
【図１】
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【図２】
2013050066.tif 000004
【図３】
2013050066.tif 000005
【図４】
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